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1、第10章 同步原理,通信中，收发双方需要保持载波、时钟等参数的一致，称为同步。同步有载波同步，位同步，帧同步，网同步等。10.1 载波同步10.1.1 载波同步的概念相干解调时，需要本地载波。本地载波与发送方用于调制的载波，必须保持相位和频率的一致。载波同步分类：从信号中直接提取载波，称为自同步法，又分直接提取法和非线性变换法。发送时在信号中插入一个载波信号（导频），称外同步法或插入导频法，又分频域插入法和时域插入法。,调制载波、本地载波和载波同步,10.1.2 自同步法,部分系统的已调制信号已包含载波分量，可直接提取。,直接提取法模型和频谱,平方变化法的模型,其它情况下,平方环法模型,同向正
2、交环法,同相正交环法模型,10.1.3 外同步法,要点（1）插入导频应选择信号频谱为0的点（2）导频通常为正交载波 。,导频频谱及其插入模型,带外插入模型,10.1.4 载波同步性能分析,性能条件：同步效果好，相位误差小，同步时间短，同步保持时间长，额外功率少。相位误差：本地载波与理想载波之间的相位差，分为稳态误差和随机误差。稳态误差：同步过程已经稳定后形成的误差，主要由系统器件误差产生。随机误差：由于随机噪声造成的相位抖动。同步时间与同步保持时间之间的矛盾。,10.2 位同步,10.2.1 位同步的概念数字信号通过定时系统（时钟）划分离散码元收发双方必须保持时钟在频率和相位一致，称为位同步，
3、又叫比特同步自同步：直接从接收信号中提取同步信息，或经过某种变换提取位信息，分为直接提取法、滤波法、锁相法、包络检波法等外同步法（导频插入法）：发送前在信号中插入时钟信号（导贫），分为频域插入法和时域插入法多数情况下，接收方时钟和发送时钟会存在微小的频率差f，造成双方时钟信号不断拉大相位距离，直到同步完全破坏。因此实际通信中的位同步，需要监视双方的相位，并在出现误差时采取措施缩小这个误差。,位同步示意图,10.2.2 自同步法,直接提取法：部分基带信号本身带有同步频率分量，可用窄带滤波器和锁相环提取。变换滤波法：将不含同步频率分量之码元变换为含有同步信息的码元，然后提取。例如，单极性非归零码变
4、换为单极性归零码。变换后的码，往往包含的码元信息本身会变化。只能用于提取同步信息。,超前滞后法：通过鉴相器比较接收信号与本地同步信号的相位，当相位有误差时，可根据误差修正。常用的为数字锁相环路。,包络检波法：直接从带通信号中提取定时信息。例如，利用2PSK信号带限滤波产生的包络起伏现象提取定时信息。,10.2.3 外同步法,在发送已调制信号时，插入一个导频。单极性非归零码的频谱，在导频位置处恰好是零点，可插入时钟频率分量。某些基带数字信号在导频位置并非零点，可在半频或倍频处插入，在接收之后将其提取，再进行倍频或分频，以得到时钟信号。,导频接收模型,10.2.4 位同步的性能参数,10.3 帧同
5、步,10.3.1 帧同步概念数字通信中，为了数据处理和存储方便，将码元流分组。组的单位最重要的是帧。发送与接收方必须在帧的划分上达成统一，即接收方要确定出发送方的帧划分法。早期数字通信曾采用起止步同步法，如电传系统。此法效率低下。外同步法：在发送的数据码元序列中插入一些特殊码元组合做为帧的起始标记。自同步法：利用数据码元序列本身的特性，通过接收系统检测来实现帧同步。,10.3.2 帧同步码组的插入法,集中插入法,巴克码识别器,分散插入法,将帧同步码元分散插入信息码元流，每间隔一定数量的码元，插入一个帧同步码元。此时需要有若干个帧同步码元才能进行一次同步。为获得一个同步码组而接收的若干帧信号合在
6、一起称为“复帧”。帧同步码可以是0、1交替码或其他系统可以辨识的码型。,分散同步法,优点：同步码不占用信息时隙，同步系统的电路较为简单。缺点：同步建立的时间长。应用例子：律的24路PCM系统。每一帧193个码元。其中192个为信息码元，分成24路，每一路8比特。剩下一位为帧同步码元。同步码组采用1，0交替码，插在每一帧的最后一比特位置。,24路PCM帧结构示意图,10.3.3 帧同步系统的保护和性能,10.4 网同步,网同步的意义：通信网不仅涉及一对一两点通信，还有一对多，多对一，多对多等各种通信方式，应用到中继、转发、寻址、路由等各种通信技术。如果各终端用户具有的时钟不一致，则会影响信息传输
7、。网同步的定义：为整个通信网内设立一个统一的标准时钟，所有网内用户按此时钟调整自己的时钟频率和相位，以保证网内可靠的通信和数据传输。网同步的方法：主从同步法、相互同步法、插入入脉冲法（码速调整法）和水库法。主从同步法：网内设立一个主站，备有高稳定的主时钟。主时钟产生标准的频率，并传递给全网的各从站。全网都根据此主时钟来调整自己的时钟频率和相位。优点是从站的设备简单，易于实现且经济，性能也较好。缺点是过于依赖主时钟。实际应用中可以采取双备份时钟源的方法。广泛应用于数字通信网，尤其是电话系统。,相互同步法：网内各站都有自己的时钟，具有一定的独立性，同时又互相联接影响。网内通信采用的，与各网站时钟相
8、关联，调整到同一个“网络频率”上。相互同步法能克服主从同步法对主时钟依赖的缺点，从而提高通信的可靠性。缺点是众多时钟频率不容易调整，有时还会引起网络自激。多用于站点比较集中的通信网。插入脉冲法（又称码速调整法）各站点均采用各自高稳定的时钟，独立运行，彼此的频率接近。发送信息码元时，以接近时钟频率的速率传输，然后接收方根据本地时钟与接收到信号的相位关系，采取加脉冲或减脉冲调整相位，实现网同步。水库法：不需要不断的跟踪调整时钟，只要通过大容量的缓冲器来存储数据，使得接收信号和本地信号的频率和相位差不至于影响数据的正确处理。如接收信号频率较高，则先将后面发送来的码元存储在缓冲器内。每个站点都有自己的时钟，各站的信码率接近一致。同时，每个站还有大容量的存储器（水库）进行缓冲。经过一段很长时间之后，会出现取空或漫溢的危险，故水库法也必须定期对各站点时钟进行同步。,本章小结,载波同步是为了使调制通信中，本地用于相干解调的载波能够与发送方的调制载波相匹配。载波同步的信息是从接收到的信号中提取；或者信号本身包含有载波分量，此时直接用窄带滤波器可提取载波；或者通过对信号进行非线性变换后提取载波信息。位同步又叫比特同步，是使数字信号收发双方的码元时钟保持一致。帧同步又叫群同步，是使接收方能确定信号码元流的分帧情况。网同步是为了使通信网内部各站点的通信具有一致的频率。,
